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T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
Tecnología Energética (G.I.T.I.)
Departamento:
Area:
Ingeniería Eléctrica y Energética
Máquinas y Motores Térmicos
CARLOS J RENEDO [email protected]
Despachos: ETSN 236 / ETSIIT S-3 28
http://personales.unican.es/renedoc/index.htm
Tlfn: ETSN 942 20 13 44 / ETSIIT 942 20 13 82
Las trasparencias son el material de apoyo del profesor para impartir la clase. Noson apuntes de la asignatura. Al alumno le pueden servir como guía pararecopilar información (libros, …) y elaborar sus propios apuntes
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1.- Introducción
2.- Espacios Refrigerados
3.- Transmisión de Calor
4.- Cargas Térmicas
5.- Aislantes
6.- Ejemplos de Cálculo
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CAMPOS DE UTILIZACIÓN
DEL FRÍO
• Productos perecederos
• Climatización
• Baja temperatura
• Aplicaciones industriales
• Pequeñas máquinas domésticas• Refrigeración• Congelación• Almacenamiento• Transporte• Instalaciones Industriales (cerveza, leche…)
• De “confort”• Climas industriales
• Superconductividad• Criogenia• Metalurgia• Biomédicas• Liofilización (también en otros usos)• Usos clínicos
• Industria Química• Construcción (Fraguado)• Fábricas hielo• Pistas patinaje
1.- Introducción (I)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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Métodos de cálculo de cargas térmicas:
• Cargas instantáneas
• Funciones de transferencia
• Métodos numéricos
En el caso de las cargas térmicas de refrigeración el proceso es bastantemás sencillo.
Para equipos de pequeñas dimensiones basta normalmente la utilización detablas. Sin embargo, para la utilización de tablas se han de conocer losfundamentos teóricos.
1.- Introducción (II)
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Requisitos que deben cumplir los espacios refrigerados:
• Aislamiento frente a la transmisión de calor
• Barrera de vapor contra la humedad – Sellado de juntas
• Puertas de acceso de dimensiones adecuadas, y herméticas
• Protección frente a focos de calor (pinturas, revestimientos…)
2.- Espacios Refrigerados (I)
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Aislamiento frente a la transmisión de calor
Un buen aislante debe satisfacer ciertos requisitos:
• Resistencia máxima al flujo de calor
• Estabilidad: no se debe pudrir
• No debe ser inflamable
• No debe absorber humedad, ya que puede perder sus propiedades
• Debe ser a prueba de roedores e insectos
• Debe ser manejable y fácil de instalar
• Debe tener un precio razonable
• De fácil disposición
2.- Espacios Refrigerados (II)
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Barrera de vapor frente a la humedad
La mayor parte de los aislantes térmicos pierden sus característicasaislantes por la presencia de humedad en su interior
El agua acumulada puede apelmazar el aislante y hacer que éste pierdaparte de sus propiedades (desplaza el aire)
Si el agua se llega a congelar, puede destruir las paredes del espaciorefrigerado al dilatarse
Es habitual sellar la pared exterior, dejando juntas en la pared interior paraevacuar la humedad, que se convertirá en escarcha en el evaporador
2.- Espacios Refrigerados (III)
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Barrera de vapor frente a la humedad
La mayor parte de los aislantes térmicos pierden sus característicasaislantes por la presencia de humedad en su interior
El agua acumulada puede apelmazar el aislante y hacer que éste pierdaparte de sus propiedades (desplaza el aire)
Si el agua se llega a congelar, puede destruir las paredes del espaciorefrigerado al dilatarse
Es habitual sellar la pared exterior, dejando juntas en la pared interior paraevacuar la humedad, que se convertirá en escarcha en el evaporador
2.- Espacios Refrigerados (III)
La humedad condensa si la T superficial es inferior a la de rocío del aire
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2.- Espacios Refrigerados (IV)
Puertas de acceso
Deben asegurar la continuidad del aislante. Por ello, a veces su peso esexcesivo y necesitan sólidos sistemas de anclaje
Otros casos, como las vitrinas expositoras, no se deben empañar
El cristal es un aislante pobre, por lo que la solución pasa por varias capascon cámara de aire, nitrógeno, argón u otros gases nobles
Protección contra la congelación del sistema de apertura
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2.- Espacios Refrigerados (IV)
Puertas de acceso
Deben asegurar la continuidad del aislante. Por ello, a veces su peso esexcesivo y necesitan sólidos sistemas de anclaje
Otros casos, como las vitrinas expositoras, no se deben empañar
El cristal es un aislante pobre, por lo que la solución pasa por varias capascon cámara de aire, nitrógeno, argón u otros gases nobles
Protección contra la congelación del sistema de apertura
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2.- Espacios Refrigerados (V)
Protección frente a focos de calor
Por puro sentido común, no se debe situar maquinaria productora de calorcerca de los espacios refrigerados (calderas, etc.)
Si es posible, evitar el emplazamiento con el exterior expuesto al sol
Si no es posible, provocar sombras, pintar la superficie de color blanco orevestirla de aluminio
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2.- Espacios Refrigerados (VI)
Temperatura y tiempo de almacenamiento
Producto T (ºC) HR (%) Tiempo
Carne de vaca grasa -0,5 a 0,5 80 a 85 15 días
Carne de vaca magra 0 a 0,5 80 a 85 15 días
Carne de cerdo -2 a -1 80 a 85 15 días
Carne congelada -15 a -18 85 a 90 10 meses
Pescado en hielo 0 a -1 100 5 a 10 días
Pescado graso congelado -23 a - 28 90 a 95 8 meses
Pescado no graso congelado -20 90 a 95 12 meses
Aves frescas -1 a 5 80 a 85 8 días
Aves congeladas -15 a -18 85 a 90 10 meses
Huevos -0,5 a 0,5 75 a 85 9 meses
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2.- Espacios Refrigerados (VI)
Temperatura y tiempo de almacenamiento
Producto T (ºC) HR (%) Tiempo
Carne de vaca grasa -0,5 a 0,5 80 a 85 15 días
Carne de vaca magra 0 a 0,5 80 a 85 15 días
Carne de cerdo -2 a -1 80 a 85 15 días
Carne congelada -15 a -18 85 a 90 10 meses
Pescado en hielo 0 a -1 100 5 a 10 días
Pescado graso congelado -23 a - 28 90 a 95 8 meses
Pescado no graso congelado -20 90 a 95 12 meses
Aves frescas -1 a 5 80 a 85 8 días
Aves congeladas -15 a -18 85 a 90 10 meses
Huevos -0,5 a 0,5 75 a 85 9 meses
Producto T (ºC) HR (%) Tiempo
Leche 0 a 2 - -
Leche en polvo 0 a 2 70 a 75 2 meses
Mantequilla -1 a 14 75 a 80 6 meses
Mantequilla -10 a -14 80 a 85 12 meses
Queso blando 2 a 4 80 a 85 6 meses
Patatas 3 a 6 80 a 90 9 meses
Tomates verdes 5 a 10 85 a 90 4 semanas
Tomates maduros 0 a 1 80 a 90 2 semanas
Manzana -1 a 3 90 a 95 10 meses
Naranja 5 a 7 70 a 75 12 meses
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2.- Espacios Refrigerados (VI)
Temperatura y tiempo de almacenamiento
Producto T (ºC) HR (%) Tiempo
Carne de vaca grasa -0,5 a 0,5 80 a 85 15 días
Carne de vaca magra 0 a 0,5 80 a 85 15 días
Carne de cerdo -2 a -1 80 a 85 15 días
Carne congelada -15 a -18 85 a 90 10 meses
Pescado en hielo 0 a -1 100 5 a 10 días
Pescado graso congelado -23 a - 28 90 a 95 8 meses
Pescado no graso congelado -20 90 a 95 12 meses
Aves frescas -1 a 5 80 a 85 8 días
Aves congeladas -15 a -18 85 a 90 10 meses
Huevos -0,5 a 0,5 75 a 85 9 meses
Producto T (ºC) HR (%) Tiempo
Leche 0 a 2 - -
Leche en polvo 0 a 2 70 a 75 2 meses
Mantequilla -1 a 14 75 a 80 6 meses
Mantequilla -10 a -14 80 a 85 12 meses
Queso blando 2 a 4 80 a 85 6 meses
Patatas 3 a 6 80 a 90 9 meses
Tomates verdes 5 a 10 85 a 90 4 semanas
Tomates maduros 0 a 1 80 a 90 2 semanas
Manzana -1 a 3 90 a 95 10 meses
Naranja 5 a 7 70 a 75 12 meses
Producto
Flores
Pan
Pasteles
Vino
Pieles
Cadáveres
Libros
Munición
…
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3.- Transmisión de Calor (I)
Para la transmisión de calor es necesario diferencia de T, transmitiéndose elcalor de los cuerpos de mayor T a los de menor
La Termodinámica estudia los procesos de transferencia de energía ensistemas en equilibrio
La Transmisión de Calor complementa los principios de la Termodinámica,de manera que se puedan determinar aspectos tales como:
– Velocidad de la transferencia de calor
– Estados intermedios
Los mecanismos de transmisión de calor: Conducción, en el interior de los cuerpos Convección, entre sólidos y fluidos Radiación, a través de un fluido, o el vacío
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CONDUCCION: en el interior de los sólidos
Conductividad térmica, (W / m ºC), (tablas)es función de la temperatura del material
Material (W / m ºC) Material (W / m ºC)
AluminioCartón
CementoCobre
2040,14-0,35
1386
CorchoGranito
Hormigón (seco)Ladrillo
0,043
0,1280,3-5
Cobre (W / m ºC)
200 K
273 K
400 K
413
401
392
Conductores ( ↑)Aislantes térmicos ( ↓)
Casos típicos de conducción térmica (I)
1.- Para una pared de conductividad térmica
La resistencia de conducción de la pared Rk = / A
kR
petpit
A
petpit
petpitA
P
3.- Transmisión de Calor (II)
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2.- Para una pared plana recubierta de un aislante de conductividad ´
pet´pt´
A´´ptpit
AP
A´
´
A
petpit
´kR
pet´pt
kR
´ptpit
3.- Para dos paredes en paralelo de áreas A1 y A2 de material diferente, deigual espesor, , cada una de ellas con conductividad térmica, 1, 2
Siendo Rk la resistencia térmica equivalente de las dos paredes
kRpetpit
kRpetpit
kRpetpit
PPP
21
21
21 kR
1
kR
1
kR
1
Casos típicos de conducción térmica (II)
A´
´pet´pt
A
´ptpit
´kRkR
petpit
3.- Transmisión de Calor (III)
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L2
)ir/er(Lnpetpit
)ir/er(Lnpetpit
L2
Casos típicos de conducción térmica (III)
P
4.- Para una tubería cilíndrica de conductividad térmica
La resistencia de conducción del tubo
5.- Tubería cilíndrica rodeada de una vaina aislante de conductividad ´,
L2
)ir/er(Ln´ptpit
´kRpet´pt
kR´ptpit
L´2
)ir/er(Lnpet´pt
L2
)ir/er(LnkTuboR
kRpetpit
´kRkRpetpit
)´r/er(Ln
pet´ptL´2
)ir/´r(Ln´ptpit
L2P
3.- Transmisión de Calor (IV)
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CONVECCION: entre sólidos y fluidos
Coeficiente de transmisión de calor sólido-fluido o coeficiente deconvección, (W / m2 ºC); es variable con geometría del sólido, laorientación, la naturaleza del fluido y del tipo de convección
Existen dos tipos de convección:
Forzada; el fluido en movimiento, una bomba, un ventilador, viento,corriente de agua, etc; elevado
Natural, el fluido está en reposo, bajo
Dos tipos de fluidos:
Gases tienen un bajo Líquidos poseen un elevado
Evaporaciones y condensaciones, más elevado
3.- Transmisión de Calor (V)
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20
La transmisión de calor para una paredo una tubería rodeada por un fluido
Pudiéndose expresar el calor transmitido en función de la resistencia de convección (Rc) entre el sólido y el fluido:
Entre una superficie y un fluido, para aumentar la transmisión de calor
• Pasar de conv. natural a forzada,incrementando el coeficiente
• Si el fluido es gas, se colocan aletas
cRftpt
A
1ftpt
ftptAP
(batería)
A
1cR
3.- Transmisión de Calor (VI)
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cRftpt
A
1ftpt
ftptAP
La transmisión de calor para una paredo una tubería rodeada por un fluido
Pudiéndose expresar el calor transmitido en función de la resistencia de convección (Rc) entre el sólido y el fluido:
Entre una superficie y un fluido, para aumentar la transmisión de calor
• Pasar de conv. natural a forzada,incrementando el coeficiente
• Si el fluido es gas, se colocan aletas
(batería)
3.- Transmisión de Calor (VI)
A
1cR
Tipo de convección (W/m2ºC)
Natural para aire 5 a 25
Natural para agua 20 a 100
Forzada para aire 10 a 200
Forzada para agua 50 a 10.000
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Dificultad en calcular , para ello existe formulación de carácter experimental.
Correlaciones de ASHRAE convección natural aire:
Superficies cilíndricas de diámetro exterior D(Si D < 0,1 m se toma D = 0,1 m)
Posición vertical:
Posición horizontal:
Superficies planas;(Si L ó H < 0,1 m se toma L ó H = 0,1 m)
Vert, altura H:
Hor. anchura L: Calor hacia abajo:
Calor hacia arriba:
25,0
Dt42,1
25,0
Dt32,1
25,0
Lt59,0
25,0
Lt32,1
25,0
Ht42,1
¿Unidades?
3.- Transmisión de Calor (VII)
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Otras Correlaciones empleadas (I):
3.- Transmisión de Calor (VIII)
Aire en reposo, pared lisa y flujo de calor hacia arriba:
Aire en reposo, pared lisa y flujo de calor hacia abajo:
Aire en reposo, tubo liso vertical (∆T > 10 K):
Aire en reposo, tubo liso horizontal (ɸ = D y L> 0.3 m):
Km
WD
t31,12
25,0
Km
Wt56,2
225,0
Km
Wt5,2
225,0
Km
Wt31,1
225,0
Aire forzado, pared lisa (v < 5 m/s):
Aire forzado, pared lisa (v > 5 m/s):
Km
Wv46,5
2
Km
Wv12,7
278,0
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Otras Correlaciones empleadas (II):
3.- Transmisión de Calor (IX)
Aire forzado, pared rugosa (v < 5 m/s):
Aire forzado, pared rugosa (v > 5 m/s):
Aire forzado, pared muy rugosa (v < 5 m/s):
Aire forzado, pared muy rugosa (v > 5 m/s):
Agua convección forzada (velocidad v):
Km
Wv48,5
2
Km
Wv14,7
278,0
Km
Wv42,6
2
Km
Wv52,7
278,0
Km
Wv100.2350
2
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3.- Transmisión de Calor (X)
PosiciónSeparación con
local exteriorSeparación con
local interior
0,17 0,22
0,14 0,18
0,22 0,34
Q
Q
Q
inth
1
Cºmh
kcalvbah
2n
V < 5 m/s
Superficie a b n
Pulida 4,83 3,3 1
Rugosa 5,32 3,7 1
V > 5 m/s
Superficie a b n
Pulida 0 6,17 0,78
Rugosa 0 6,54 0,78
W
Cºm
h
1 2
exth
1
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
26
Muro exterior RSE RSI
0,04 0,13
0,04 0,10
0,04 0,17
Q
Q
Q
Muro interior RSE RSI
0,13 0,13
0,10 0,10
0,17 0,17
Q
Q
Q
3.- Transmisión de Calor (XI)
W
Cºm
h
1
h
1R
2
extint
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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W
Cºm2
Cámara de Aire
(a 10ºC)
Espesor
(mm)
No Ventilada
5 0,11 0,11 0,11
10 0,15 0,15 0,15
15 0,16 0,17 0,17
25 0,16 0,18 0,19
50 0,16 0,18 0,21
100 0,16 0,18 0,22
Q
3.- Transmisión de Calor (XII)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
28
W
Cºm2
Cámara de Aire
(a 10ºC)
Espesor
(mm)
No Ventilada
5 0,11 0,11 0,11
10 0,15 0,15 0,15
15 0,16 0,17 0,17
25 0,16 0,18 0,19
50 0,16 0,18 0,21
100 0,16 0,18 0,22
Q
3.- Transmisión de Calor (XII)
Ligeramente Ventilada
5 0,05 0,05 0,05
10 0,07 0,07 0,07
15 0,08 0,08 0,08
25 0,08 0,09 0,09
50 0,08 0,09 0,10
100 0,08 0,09 0,11
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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3.- Transmisión de Calor (XIII)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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RADIACION: transmite el calor incluso en el vacío
La cantidad de calor que abandona un cuerpo:
σ = 5,67 10-8 (W / m2 K4) emisividad superficial, depende del colorT en K
411poremitido tAP
Cuerpo negro: radiador perfecto, =1
Cuerpo gris, 0 < < 1
Material Acero oxidado Acero inox. oxidado Aluminio oxidado Plomo áspero Agua Hielo Nieve
Emisividad 0,05 0,55 0,26 0,43 0,95 0,97 0,88
Material Acero pulido Acero inox. pulido Aluminio pulido Plomo pulido Ladrillo Tierra Madera
Emisividad 0,11 0,23 0,05 0,07 0,94 0,9 0,92
3.- Transmisión de Calor (XIV)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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1R
La energía recibida puede ser:– Absorbida (α), en equilibrio es igual a – Reflejada (R )– Trasmitida (ζ), [en los cuerpos opacos es nula]
Factor de forma F marca la posición relativa de los cuerpos
F1-2 engloba 1, 2 , y la forma geométrica y su posición de los cuerpos
F1-2 en gráficos
42
412112poradoeintercept1poremitido ttFAP
3.- Transmisión de Calor (XV)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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2A1AF
2A1AF
D/h
D/L
b/a
b/c
b
c
a
2A
1A
h2A1A
DL
…
F1-2 en gráficos en función de la geometría de las superficies
3.- Transmisión de Calor (XVI)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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Coeficiente superficial de radiación (r)
De esta forma: 211r2a1 ttAP
FA1A2 en el interior de locales (20 a 30 m2, 2,5 a 3 m de altura)Techo-Suelo y 0,4
Techo-Pared y 0,15
3.- Transmisión de Calor (XVII)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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Normalmente existe una combinación de conducción, convección y radiación
Alguno de los mecanismos puede ser despreciable
Para una pared plana que separa dos fluidos (radiación despreciable).
ceRkRciRfetfit
ceRfetfit
kRpetpit
ciRpitfit
P
Para aire acondicionado los efectos de la convección y los de la radiación deforma conjunta, la norma ISO
Para tuberías horizontales (0,25 < D < 1 m):
Para tuberías y paredes verticales:¿Unidades?
t05,0A
t09,0B
Superficie A B
Aluminio brillante 2,5 2,7
Acero galvanizado sucio 5,3 5,5
3.- Transmisión de Calor (XVIII)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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;Cºm
Whhh
2radcon
3.- Transmisión de Calor (XIX)
Q
Longitud de la pared en la dirección del viento 6 m
hext hint
Flujo del aire a la pared Flujo de la pared al aire
Text (ºC) Tint (ºC)
Vviento (m/s) 20 35 50 -20 -5 10
Q = 9,28 W/m2
Er = 0,9
0,1
1
5
10
5,6
6,7
20,2
31,3
6,43
7,51
20,5
31,3
7,35
8,44
21,1
31,6
3,87
7,84
19,6
31,7
4,49
5,58
19,7
31,4
5,18
6,27
20
31,3
Q = 9,28 W/m2
Er = 0,8
0,1
1
5
10
5,03
6,13
19,6
30,7
5,77
6,85
19,8
30,6
6,59
7,68
20,3
30,8
3,5
7,47
19,3
31,4
4,05
5,14
19,3
31
4,67
5,76
19,5
30,8
Cºm
Whhh
2radiaciónconvección
Tablas similares paraotras situaciones
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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El coeficiente global de transmisión de calor, K, es el inverso de la suma deresistencias térmicas considerando un área de transmisión unidad:
R engloba todas las resistencias térmicas existentes.(series y paralelo)
Cuando se trata de un tubo, hay que hacer referencia si K está referido alárea interior (Ki) o al área exterior del tubo (Ke)
El calor transmitido queda en forma más simplificada:
Se puede hablar de la K de un edificio (los cerramientos ponderados por su área)
R
1K
tAKP
3.- Transmisión de Calor (XX)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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Dificulta la transmisión de calor
La resistencia de contacto es por la mala unión de dos superficies sólidas
Hay que minimizar y eliminar las causas (filtración y tratamiento del agua)
La oxidación y la corrosión son un problema que hay que evitar eliminandomateriales que tiendan a provocarlas
Con el tiempo se depositasuciedad (incrustaciones)sobre las superficies, esto esun aislante térmico y dificultala transferencia de calor
Su valor se determina conensayos
3.- Transmisión de Calor (XXI)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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Dificulta la transmisión de calor
La resistencia de contacto es por la mala unión de dos superficies sólidas
Hay que minimizar y eliminar las causas (filtración y tratamiento del agua)
La oxidación y la corrosión son un problema que hay que evitar eliminandomateriales que tiendan a provocarlas
Con el tiempo se depositasuciedad (incrustaciones)sobre las superficies, esto esun aislante térmico y dificultala transferencia de calor
Su valor se determina conensayos
3.- Transmisión de Calor (XXII)
El factor de incrustación para condensadoresde tubos refrigerados por agua
Fluidos halogenados
Amoniaco
]kW/Km[086,0h
1 2
in
]kW/Km[172,0h
1 2
in
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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INTERCAMBIADORES DE CALOR
Transferir calor entre dos fluidos, con separación física por medio de unapared intermedia, o una masa acumuladora
Fluido primario el caliente 1, y fluido secundario el frío 2
El parámetro principal es el calor intercambiado o potencia térmica delintercambiador, PT; se corresponde con el calor que cede el fluido caliente
Se llama fluido monofásico, contiene sólo una fase, fluido bifásico el quecontiene materia y gaseosa
3.- Transmisión de Calor (XXIII)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
40
A partir de este punto es imposible realizarmás intercambio térmico, t11 = t22
Teóricamente la temperatura de salida de un fluido puedeigualar con la de entrada del otro, t11 = t22 y/o t12 = t21
Temperaturas características, limitan la posibilidad de intercambio térmico:
– La temperatura de entrada del fluido caliente, t11 en ºC– La temperatura de salida del fluido caliente, t12 en ºC – La temperatura de entrada del fluido frío, t21 en ºC– La temperatura de salida del fluido frío, t22 en ºC
Flujos paralelos o en equicorriente; y contracorriente
3.- Transmisión de Calor (XXIV)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
41
Caudales caliente y frío, q1 y q2 en m3/s
Masas caliente y fría, m1 y m2 en kg/s
La densidad de los fluidos, 1 y 2 en kg/m3
El calor específico de los fluidos caliente y frío, cp1 y cp2 en W/kg ºC
La capacidad calorífica de los fluidos caliente y frío, C1 y C2 en W/ºC, es elproducto de masas por el calor específico
La transferencia de calor por unidad de tiempo se utilizan las expresiones:(sin pérdidas térmicas)
tAk)tt(cq)tt(cqP 21222p2m12111p1mT
t la diferencia de T entre el fluido caliente y el frío a lo largo de la pared
Pérdida de presión
3.- Transmisión de Calor (XXV)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
42
Tipos básicos de intercambiadores de calor (I)
Norma UNE-EN 247Medios que intercambian
– Líquidos– Gases (gran superficie, aletas, turbuladores)– Líquido – Gas (aletas, turbuladores)
Disposición de la transferencia de calor– Transferencia directa– Con acumulación o regeneración (masa acumuladora)– Lecho fluidizado
3.- Transmisión de Calor (XXVI)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
43
Tipos básicos de intercambiadores de calor (II)
Método de transferencia de calor– Radiación– Convección– Mixto
Tipo de fluidos– Monofásicos– Bifásicos– Monofásico-bifásico–Con fluido intermedio
Posibilidades de limpieza
Posibilidad de dilatación
3.- Transmisión de Calor (XXVII)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
44
Tipos básicos de intercambiadores de calor (III)
Tipo de diseño– Carcasa y tubo– Placas– Flujo cruzado
Intercambiador de placasLas placas (no son planas) CavidadesCavidades alternadas por fluido caliente y fríoFlujo cruzadoModulares y desmontables
(si no son soldadas)Alta eficienciaSerie o paralelo
3.- Transmisión de Calor (XXVIII)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
45
Tipos básicos de intercambiadores de calor (IV)
Intercambiador de carcasa y tubos (I)
Normas TEMA (TUBULAR EXCHANGER MANUFACTURERS ASSOCIATION)
Tubo dentro de otro tubo (curvado, enrollado) (1-1)
Equi o contracorriente
No apto para grades caudales
– Tubos concéntricos
– Haces de tubos
3.- Transmisión de Calor (XXIX)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
46
Para incrementar la transmisión de calor:
– Lado de la carcasa: pantallas deflectoras, aumentar Nº pasos
Tipos básicos de intercambiadores de calor (V)
Intercambiador de carcasa y tubos (II)
3.- Transmisión de Calor (XXX)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
47
Para incrementar la transmisión de calor:
– Lado de los tubos; incrementar el nº de pasos
Tipos básicos de intercambiadores de calor (VI)
Intercambiador de carcasa y tubos (III)
3.- Transmisión de Calor (XXXI)
Equi o contracoriente
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
48
Tipos básicos de intercambiadores de calor (VIII)
Intercambiador de flujos cruzados
Típico en líquido, condensador o evaporador, y gas
hc depende de la forma de la aleta (lisa, ondulada, …)
Se aproxima por la de la batería de tubos liso
3.- Transmisión de Calor (XXXII)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
49
La diferencia de T a lo largo de la pared, t, es variable, se llama LMTD
o
i
oi
t
tLn
ttt la diferencia de T de ambos fluidos a
la entrada y salida del fluido caliente
LMTDAkPT
t11
t12
t21t22
Cálculos con intercambiadores (I)
ti = t11 - t22 [eq. t21]to = t12 - t21 [eq. t21]
3.- Transmisión de Calor (XXXIII)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
50
Cálculos con intercambiadores (II)
LMTDAkPT LMTDFAkPT Geometría compleja
2211
2122
tt
ttP
2122
1211
tt
ttZ
3.- Transmisión de Calor (XXXIV)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
51
Cuando se conoce es la descripción física del intercambiador y t11 y t21 sepuede hacer uso del concepto de eficacia térmica del intercambiador, t
tranferirdeposiblemáximatérmicapotencia
adorintercambieleniatranferenctérmicapotenciat
)tt()cq(
)tt(cq
)tt()cq(
)tt(cq
2111mínpm
21222p2m
2111mínpm
12111p1mt
mínmínpm C
Ak
)cq(
AkNTU
máx
min
C
C1NTU
T
C
C1
e1η
máx
mín
máx
mín
máx
mín
C
C1NTU
máx
min
C
C1NTU
T
eC
C1
e1ηContracorrienteEquicorriente
)t(t)c(qP)t(tcq)t(tcqP 2111mínpmmáx2122p2m21211p1m1T
Cálculos con intercambiadores (III)
3.- Transmisión de Calor (XXXV)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
52
máx
min
C
C1NTU
T
C
C1
e1 máx
mín
máx
mín
máx
mín
C
C1NTU
máx
min
C
C1NTU
T
eC
C1
e1ContracorrienteEquicorriente
mínmínpm C
Ak
)cq(
AkNTU
max
mín
C
C
max
mín
C
C
Cálculos con intercambiadores (IV)
3.- Transmisión de Calor (XXXVI)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
53
Intercambiadores Rotativos (I)
3.- Transmisión de Calor (XXXVII)
INVIERNO
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
54
Intercambiadores Rotativos (II)
3.- Transmisión de Calor (XXXVIII)
siendo N el número de rpm
siendo CC la eficacia de un intercambiador en contracorriente
pMMM c M N C
Ah
1
Ah
1
AU
1
FC
2
AhAU
93,1minM
CCC/C9
11
(normalmente 1) max
min
CenAh
CenAh*Ah
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
55
4.- Cargas Térmicas (I)
CARGA TÉRMICA
Cargas Exteriores
Cargas Interiores
- A través de las paredes/techo/suelo
- A través de superficies acristaladas
- Por infiltración de aire exterior por las puertas
- Por entradas de aire exterior por las puertas
- Por renovación de aire
- Por el producto a refrigerar/congelar
- Por cualquier equipo productor de calor
- Por iluminación
- Por personas
- Otras cargas
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
56
Cargas Interiores por el Producto (I)
ac0Tncongelacióci0T TTcTTcmQ
4.- Cargas Térmicas (II)
Como es natural, la carga debida al producto depende de:
• Las condiciones en las que éste entre al espacio refrigerado (Ti)
• El calor específico en refrigeración (T > 0ºC), cT>o
• El calor latente (de congelación, T = 0ºC), lcong
• El calor específico en congelación (T < 0ºC), cT<o
Tablas
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
57
ac0Tncongelacióci0T TT'cTTcmQ
4.- Cargas Térmicas (II)
Como es natural, la carga debida al producto depende de:
• Las condiciones en las que éste entre al espacio refrigerado (Ti)
• El calor específico en refrigeración (T > 0ºC), cT>o
• El calor latente (de congelación, T = 0ºC), lcong
• El calor específico en congelación (T < 0ºC), cT<o
Tablas
PRODUCTO T. [ºC] H. REL. [%] DURACIÓN
Ternera fresca 0 ÷ +1 85 ÷ 90 5 ÷ 10 días
Ave fresca 0 85 ÷ 90 1 semana
Lechuga 0 95 2 ÷ 3 semanas
Tomate verde 13 ÷ 21 85 ÷ 90 1 ÷ 3 semanas
Alcachofa 0 ÷ -1 90 ÷ 95 1 ÷ 2 semanas
Cebolla 0 65 ÷ 70 1 ÷ 8 meses
Manzana -1 ÷ -3 90 1 ÷ 6 meses
Limón 14 ÷ 16 86 ÷ 88 1 ÷ 6 meses
Mantequilla fresca 0 ÷ 4 80 ÷ 85 2 meses
Cargas Interiores por el Producto (I)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
58
ac0Tncongelacióci0T TT'cTTcmQ
4.- Cargas Térmicas (II)
Como es natural, la carga debida al producto depende de:
• Las condiciones en las que éste entre al espacio refrigerado (Ti)
• El calor específico en refrigeración (T > 0ºC), cT>o
• El calor latente (de congelación, T = 0ºC), lcong
• El calor específico en congelación (T < 0ºC), cT<o
Tablas
PRODUCTO“cp” antes
congelación [kJ/kgºC]
“cp” después congelación
[kJ/kgºC]
Calor latente congelación
[kJ/kg]
Aves/Pájaros 3,56 1,97 242,78
Salmón 3,26 1,93 213,48
Lenguado 3,56 1,67 251,15
Truchas 3,56 1,67 251,15
Arenque 3,14 1,93 192,55
Huevos 3,18 1,67 234,40
Leche 3,93 1,97 297,19
Frutas en general 0,91 0,48 313,94 ÷ 368,35
Espárrago 0,96 0,50 313,94
Zanahoria, col, espinaca,judías verdes, champiñón
0,94 0,49 301,38
Cargas Interiores por el Producto (I)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
59
ac0Tncongelacióci0T TTcTTcmQ
4.- Cargas Térmicas (II)
Como es natural, la carga debida al producto depende de:
• Las condiciones en las que éste entre al espacio refrigerado (Ti)
• El calor específico en refrigeración (T > 0ºC), cT>o
• El calor latente (de congelación, T = 0ºC), lcong
• El calor específico en congelación (T < 0ºC), cT<o
Tablas
En algunos casos, como primera aproximación se puede suponer que el producto es agua (p.ej. el 95% de un tomate es agua)
• Calor específico del agua: 4,18 kJ/kg/ºC
• Calor específico del hielo: 2,09 kJ/kg/ºC
• Calor latente de fusión: 335 kJ/kg¡Ojo con frutos secos!
Cargas Interiores por el Producto (I)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
60
ac0Tncongelacióci0T TTcTTcmQ
4.- Cargas Térmicas (II)
Como es natural, la carga debida al producto depende de:
• Las condiciones en las que éste entre al espacio refrigerado (Ti)
• El calor específico en refrigeración (T > 0ºC), cT>o
• El calor latente (de congelación, T = 0ºC), lcong
• El calor específico en congelación (T < 0ºC), cT<o
Tablas
En algunos casos, como primera aproximación se puede suponer que el producto es agua (p.ej. el 95% de un tomate es agua)
• Calor específico del agua: 4,18 kJ/kg/ºC
• Calor específico del hielo: 2,09 kJ/kg/ºC
• Calor latente de fusión: 335 kJ/kg¡Ojo con frutos secos!
Cargas Interiores por el Producto (I)
% Agua % Sólido
Fresas 90 10
Leche 88 12
Naranjas 84 16
Langosta 77 23
Aves 74 26
Pescado fresco 67 33
Ternera 63 37
Pan 37 63
Mantequilla 15 85
Harina 13 87
Nueces 7 93
Chocolate 1,6 98,4
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
61
4.- Cargas Térmicas (III)
Hay que tener en cuenta los kg de productoalmacenado, y los del envoltorio
Material% peso delenvoltorio
Genérico 10 ÷ 30
Vegetales (cajas de madera) 8 ÷ 16
Huevos frescos (cartones con alvéolos) 15 ÷ 20
Mantequilla congelada (cajas) 5
Carnes frescas 0
Productos congelados en general ≈ 0
Palets 4 ÷ 5
Cargas Interiores por el Producto (II)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
62
4.- Cargas Térmicas (IV)
Hay productos que respiran (frutas, hortalizas, fermentaciones, …):
• Desprenden calor
• Necesitan aire de renovación
Cargas Interiores por el Producto (III)
Producto T (ºC)CO2
(mg/kg h)
Calor
(kcal/tm 24h)
Manzanas
Naranjas
Plátanos
Peras
Judías
Fresas
4,4
1,7
12,2
0
4,4
0
5 – 8
2
15
3 – 4
-
15 - 17
275 – 440
110
825
165 – 220
680
825 - 936
Queso T (ºC)Calor
(kcal/tm 24h)
en maduración
en conservación
12 a 14
2 a 4
1.800
180
El calor y la respiración dependende la T de almacenamiento
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
63
En el caso de pequeños espacios refrigerados (V < 42 m3), se puede aplicar un método de cálculo simplificado
V es el volumen del espacio refrigerado
f es un factor de uso (tablas)
∆T es la diferencia de temperaturas
TfVQ
UsoCompartimento
compactoCámara
Bajo 2,92 0,97
Medio 3,57 1,30
Alto 4,86 1,95
4.- Cargas Térmicas (V)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
64
Normalmente: ventiladores y sistemas de desescarche del evaporador
Cargas Interiores por los equipos
4.- Cargas Térmicas (VI)
Mucho ojo a:• Sifón no congelado• Apagado de resistencias eléctricas
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
65
Normalmente, ventiladores y sistemas de desescarche
Cargas Interiores por los equipos
4.- Cargas Térmicas (VI)
Mucho ojo a:• Sifón no congelado• Apagado de resistencias eléctricas
motor
nominalabsorbidac
PPq
ASHRAE
Por efecto del aumento de la densidad delaire, la potencia de un ventilador a -20ºCse incrementa un 16% respecto a la de20ºC, y un 25% si la temperatura es -40ºC
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
66
4.- Cargas Térmicas (VII)
Depende del tipo de lámparas
Es habitual considerar que toda la potencia se convierte en carga sensible
• Incandescencia: x 1
• Fluorescencia convencional: x 1,25
• Fluorescencia electrónica: x 1,05
Luminarias especiales para bajas temperaturas (estancas)
Cargas Interiores por la iluminación
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
67
4.- Cargas Térmicas (VII)
Depende del tipo de lámparas
Es habitual considerar que toda la potencia se convierte en carga sensible
• Incandescencia: x 1
• Fluorescencia convencional: x 1,25
• Fluorescencia electrónica: x 1,05
Luminarias especiales para bajas temperaturas (estancas)
Cargas Interiores por la iluminación
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
68
4.- Cargas Térmicas (VII)
Depende del tipo de lámparas
Es habitual considerar que toda la potencia se convierte en carga sensible
• Incandescencia: x 1
• Fluorescencia convencional: x 1,25
• Fluorescencia electrónica: x 1,05
Luminarias especiales para bajas temperaturas (estancas)
Cargas Interiores por la iluminación
Considerar:
• Encendido de la cámara por zonas
• Luz de emergencia permanentemente encendida
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
69
4.- Cargas Térmicas (VIII)
Cargas Interiores por personas trabajando
WNqQ ppP ACTIVIDADQ SENSIBLE
(W)Q LATENTE
(W)
Sentado, sin trabajar 65 35
De pie, relajado 75 55
Paseando 75 70
Andando
1,6 km/h3,2 km/h4,8 km/h6,4 km/h
5080110150
110130180270
SedentarioLigero de pieMedio de pieManualLigero (en fábrica)Pesado (en fábrica)
80708080110170
8090
120140185255
Las personas desprende calor(sensible) y humedad (latente)
ASHRAE
T cámaraQ pers
(W)
10 210
5 240
0 270
-5 300
-10 330
-15 360
-20 390
W)C(ºT6272q cámarap
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
70
• Desescarche de evaporadores
• Dispositivos anticongelación
• Electrónica y sensores
• Condensación del vapor de agua que penetre en la cámara porlas paredes
4.- Cargas Térmicas (IX)
Otras cargas térmicas interiores
A modo de coeficiente de seguridad se puede considerar un valortípico de entre el 10 y el 15%
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
71
4.- Cargas Térmicas (X)
Cargas térmicas exteriores por cerramientos
TAUQ
U (W/m2ºC) es la transmitancia térmica
TR
1U
intconn1extconT RR...RRR RT es la resistencia térmica total (m2ºC/W)
R1 a Rn son las resistencias térmicas de losdiferentes elementos que componen elcerramiento
Rcon ext y Rcon ext son las resistencias térmicas superficiales correspondientes al aire exterior e interior respectivamente Cerramiento Rcon est Rcon int
Pared vertical 0,04 0,13
Suelo 0,04 0,10
Techo 0,04 0,17
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
72
En este caso es necesario efectuar una corrección de la T de diseño
Se deben sumar los siguientes valores a la ∆T, teniendo en cuenta que elsol no puede incidir al mismo tiempo desde el este y desde el oeste
Acabado de la pared
Oscura Media Reflectante
Techo 14 11 5,5
Pared este u oeste 6,6 5,5 3
Pared sur 3,3 3 1,6
4.- Cargas Térmicas (XI)
Cargas térmicas exteriores por cerramientos expuestos al Sol
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
73
En este caso es necesario efectuar una corrección de la T de diseño
Se deben sumar los siguientes valores a la ∆T, teniendo en cuenta que elsol no puede incidir al mismo tiempo desde el este y desde el oeste
Acabado de la pared
Oscura Media Reflectante
Techo 14 11 5,5
Pared este u oeste 6,6 5,5 3
Pared sur 3,3 3 1,6
4.- Cargas Térmicas (XI)
Cargas térmicas exteriores por cerramientos expuestos al Sol
ASHRAE
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
74
4.- Cargas Térmicas (XII)
Cargas térmicas exteriores por superficies acristaladas
En vitrinas, botelleros y expositores comerciales
Entra calor por conducción a través del cristal (doble y triple vidrio concámaras de aire), y directamente por radiación (evitar radiación directa deiluminación)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
75
4.- Cargas Térmicas (XIII)
]h24/kW[FHg1)hh(A221,0Q m5,0
5,0
int
extintintextA
5,1
33,0extint
m/1
2F
A área de la puerta (m2)hint entalpía del aire interior (kJ/kg)hext entalpía del aire exterior (kJ/kg)ρint densidad del aire interior (kg/m3)ρext densidad del aire exterior (kg/m3)g gravedad (9,8 m/s2)H altura de la puerta (m)
Cargas térmicas exteriores por infiltraciones de aire exterior
Aperturas - cierres
]h24/kW[)E1.(DDQQ ftA
QA es el calor en kW entrante con la puerta totalmente abierta
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
76
Cargas térmicas exteriores por infiltraciones de aire exterior
4.- Cargas Térmicas (XIV)
]h24/kW[)E1.(DDQQ ftA
QA es el calor en kW entrante con la puerta totalmente abierta
s
sA R
1·
A
Q)·m(Alto)m(Ancho577,0Q
ASHRAE
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
77
Cargas térmicas exteriores por infiltraciones de aire exterior
s
sA R
1·
A
Q)·m(Alto)m(Ancho577,0Q
4.- Cargas Térmicas (XIV)
]h24/kW[)E1.(DDQQ ftA
QA es el calor en kW entrante con la puerta totalmente abierta
ASHRAE
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
78
4.- Cargas Térmicas (XIV)
]h24/kW[)E1.(DDQQ ftA
QA es el calor en kW entrante con la puerta totalmente abierta
Dt es el tiempo de permanencia de la puerta abierta
t·600.3
t·60t·PD abiertaapertura
t
P nº de pasos por la puerta en el tiempo tTapertura puertas normales de 15 a 25 sTapertura puertas rápidas 5 a 10 s
Df es el factor de flujo de aire por la puerta comparado con apertura total
para flujo sin obstruir 1para 1 entrada por min en puertas rápidas
0,8 para saltos térmicos mayores de 11ºC1,1 para saltos térmicos menores de 11ºC
E es la efectividad de cierre la protección (cortina, cortina de aire, …)
Entre 0,7 y 0,95, y 0 si no hay sistema
Cargas térmicas exteriores por infiltraciones de aire exterior
Aperturas - cierres
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
79
4.- Cargas Térmicas (XV)
Cargas térmicas exteriores por entrada directa de aire por las puertas
apertura3
intintext2
inf F·m/kg.kg/kJhhmAreas/mVkWQ
FApertura es la fracción decimal del tiempo en que la puerta está abierta
Puerta directamente abierta
Cargas térmicas exteriores por ventilación de cámaras
Necesario en las cámaras con respiración de los productos
3intintext
3Renovación m/kg.kg/kJhh]s/m[VkWQ
Volumen (m3) T > 0ºC T < 0ºC
53060
150
4717127
36139
5,5
Volumen (m3) T > 0ºC T < 0ºC
2001.2003.000
15.000
62,21,40,9
4,51,71,10,8
Tablas aproximadas
Renovaciones/día
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
80
4.- Cargas Térmicas (XVI)ASHRAE
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
81
4.- Cargas Térmicas (XVII)
A través delaislamiento: 20%
Ventiladores del evaporador: 15%
Desescarche: 15%
Iluminación: 10%
Carga latente ocupantes y vehículos: 10%
British Refrigeration Association (B.R.A.)
Apertura de la puerta: 30%
Carga a T de la cámara
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
82
Son materiales con un coef. Conduc. Tér. l bajo (depende de la T)
Los efectos de su instalación son:
– Disminuir las pérdidas térmicas– Evitar temperaturas de contacto peligrosas– Evitar la condensación sobre las superficies frías– Impedir “emisiones” de calor incontroladas
5.- Aislantes Térmicos (I)
Materiall
(W/mºC)
Acero 50
Acero inoxidable 17
Aluminio 230
Aleaciones de Al 160
Bronce 65
Materiall
(W/mºC)
Cobre 380
Azulejo 1,3
Plaqueta o baldosa 1
Madera > 870 kg/m3 0,29
Madera < 870 kg/m3 0,23
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
83
5.- Aislantes Térmicos (II)
Materiall
(W/mºC)
Densidad
(kg/m2)
Resistencia al vapor de agua
Poliestireno expandido
0,029 30 20
0,038 22 20
0,046 10 20
XPS expandido con CO2 0,034 37,5 100
XPS expandido con HFC 0,025 37,5 100
MW Lana mineral
0,031 40 1
0,041 40 1
0,050 40 1
Arcilla 0,148 537,5 1
Perlita expandida 0,062 190 5
Panel de vidrio celular 0,050 125 1030
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
84
5.- Aislantes Térmicos (III)
Materiall
(W/mºC)
Densidad
(kg/m2)
Resistencia al vapor de agua
Poliuretano, PUR proyectado con HFC 0,028 45 60
PUR proyectado con CO2
0,032 50 100
0,035 50 100
PUR, Plancha con HFC o Pentano y revestimiento permeable a gases
0,027 45 60
0,030 45 60
PUR, Plancha con HFC o Pentano y revestimiento impermeable a gases
0,025 45 1030
PUR inyectado en tabique con CO2 0,040 17,5 20
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MATERIALES AISLANTESARTIFICIALES
Interponer capas intermedias en las que exista el vacío (el mejor aislante,pero es difícil de lograr y mantener); es decir, se interponen capas entre lasque el calor se trasmite únicamente por radiación
Normalmente se “sustituye” el vacío por aire, entre las capas de material seproduce transmisión de calor por radiación y por convección
Importante que el aire esté en reposo, y que no exista humedad dentro delaislante
También se utilizan agentes espumantes, como el CO2
5.- Aislantes Térmicos (IV)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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Aislantes más utilizados:
- Lana de roca
- Lana de vidrio
- Poliestireno expandido
- Poliestireno extruido
- Espuma de poliuretano
- Espuma elastómera
5.- Aislantes Térmicos (V)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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Lana de Roca
Producto obtenido a partir de roca volcánica (roca basáltica)
Fabricación: fusión (1.600ºC), formación de fibras, aglomeración y conformado
5.- Aislantes Térmicos (VI)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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Lana de Roca
Producto obtenido a partir de roca volcánica (roca basáltica)
Fabricación: fusión (1.600ºC), formación de fibras, aglomeración y conformado
Se presenta en forma de mantas, paneles de diferente rigidez, coquillas, a granel e incluso mezclada con mortero para proyectar
Se caracteriza por su gran resistencia al fuego
Conductividad: 0,030 a 0,050 W/(m·K)
5.- Aislantes Térmicos (VI)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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Lana de Vidrio
Producto obtenido a partir de la sílice (vitrificante) y el carbonato sódico (fundente)
Fabricación: fusión, formación de fibras, aglomeración y conformado
5.- Aislantes Térmicos (VII)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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Lana de Vidrio
Producto obtenido a partir de la sílice (vitrificante) y el carbonato sódico (fundente)
Fabricación: fusión, formación de fibras, aglomeración y conformado
Se presenta en forma de mantas, paneles de diferente rigidez, coquillas y a granel
Se caracteriza por su buen comportamiento frente a la humedad
Conductividad: 0,040 a 0,060 W/(m·K)
5.- Aislantes Térmicos (VII)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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Poliestireno Expandido (EPS)
Producto derivado del petróleo y del gas natural, del cual se obtiene el polímeroplástico estireno en forma de gránulos
Se introduce en un molde y se inyecta vapor de agua, expandiéndose losgránulos y adoptando la forma del molde
5.- Aislantes Térmicos (VIII)
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Poliestireno Expandido (EPS)
Producto derivado del petróleo y del gas natural, del cual se obtiene el polímeroplástico estireno en forma de gránulos
Se introduce en un molde y se inyecta vapor de agua, expandiéndose losgránulos y adoptando la forma del molde
Se presenta en forma de paneles de diferente rigidez y en formas varias mediantela utilización de moldes (bovedillas, etc. etc.)
OJO: Es inflamable. Además, es atacable por los rayos UV. Además, tiene elinconveniente de absorber la humedad
5.- Aislantes Térmicos (VIII)
Además de cómo aislante térmico, seutiliza en el embalaje de objetos frágiles
Conductividad: 0,030 a 0,045 W/(m·K)
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5.- Aislantes Térmicos (IX)
Poliestireno Extrusionado (XPS)
Composición similar al EPS, se diferencia en el proceso de conformado.
La extrusión da lugar a una estructura de celda cerrada, lo cual supone que esteaislante puede mojarse sin perder sus propiedades térmicas
Conductividad: 0,025 a 0,035 W/(m·K)
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5.- Aislantes Térmicos (X)
Espuma de Poliuretano (PUR)
Producto obtenido mediante la reacción química de un poliol y un isocianato, lacual produce CO2, que va formando las burbujas
Sus aplicaciones son muchas (gomaespuma en colchones, muebles, automoción,etc)
Conductividad: 0,030 a 0,040 W/(m·K)
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5.- Aislantes Térmicos (XI)
Espuma Elastómera
Producto de celda cerrada obtenido a partir de caucho sintético flexible
Se emplea para el aislamiento térmico de tuberías y depósitos
Conductividad: 0,030 a 0,040 W/(m·K)
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¿Qué capacidad de refrigeración hace falta para producir diariamente68 kg de hielo a -9ºC partiendo de agua a 21 ºC?
6.- Ejemplos de Cálculo (I)
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¿Cuánto calor entra por la paredes de un refrigerador doméstico de 1,5 mde altura, 0,9 m de ancho y 0,75 m de fondo, aislado con poliestirenoexpandido de 4 cm de espesor, l = 0,037 W/mK, si la temperatura en el
interior es de 4ºC y en el exterior de 24ºC?
6.- Ejemplos de Cálculo (II)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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6.- Ejemplos de Cálculo (III)
Calcular el coeficiente de transmisión térmica de una pared compuesta de:
• Tablero contrachapado de alta densidad de espesor 2 cm
• Poliestireno extrusionado con CO2 de espesor 8 cm
• Revestimiento de PVC de espesor 0,2 cm
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6.- Ejemplos de Cálculo (IV)
Una pared está formada por un tabicón de LHD de 7 cm y una plancha depoliestireno expandido de media densidad y espesor 3 cm
Calcular el espesor de poliestireno equivalente
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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Calcular la carga de refrigeración de una cámara de 6x6 m de planta y 2,5 mde altura que se utilizará para refrigerar 12.000 kg de albaricoquesdiariamente, desde la temperatura ambiente (26ºC) hasta 1,5ºC. Loscerramientos de la cámara tienen 10 cm de EPS de media densidad.
Considerar que la cámara es de color blanco y su uso esporádico
cp = 3,85 kJ/kg/ºC
6.- Ejemplos de Cálculo (V)
T.2.1.4.- Cargas Térmicas de Refrigeración
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6.- Intercambiadores de calor (V)Bibliografía del Tema
P. MelgarejoCámaras Frigoríficas y Túneles de Enfriamiento Rápido
Instituto Internacional del FríoGuía del Transporte Frigorífico
P. Fernández,Ingeniería Térmica
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DTIE 12.01. Cálculo del AislamientoTérmico de Conducciones y EquiposA. Viti
Guía Técnica: Diseño y Cálculo del AislamientoTérmico de Conducciones, Aparatos y EquiposIDAE
Bibliografía del Tema
• El Instalador• Montajes e Instalaciones
Revistas nacionales:• Conxemar
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http://www.armaflex.es/http://www.isover.net/http://www.rockwool.com/http://www.ursa.es/
http://www.lym.com.mx/index.htmlhttp://www.hoval.es/default.htmhttp://www.sedical.com/web/inicio.aspx
Bibliografía del Tema
ASHRAE HANDBOOKS (CD`s)Refrigeration; Cap 12; Refrigeration Load